Экспериментальное моделирование изменения деформационных и емкостных свойств пористых коллекторов в связи с эксплуатацией подземных хранилищ газа

Глава 4. Экспериментальные исследования деформационных свойств пористых коллекторов при циклическом изменении порового давления в условиях постоянного гидростатического сжатия.

Для подтверждения предположения об изменении структуры порового пространства и, следовательно, емкостно-фильтрационных параметров пористых пород-коллекторов была проведена серия экспериментов по изучению деформационных, прочностных и коллекторских свойств на модельных образцах. Результаты опытов приведены в тексте диссертации и в приложении к работе.

Обобщение результатов экспериментов проводили по значимым для их оценки признакам: количеству циклов нагрузки-разгрузки, амплитуде порового давления, пористости. Результаты испытаний, выполненных на образцах песчаников с 10 % содержанием цемента, представлены в табл. 1 и на рис. 2.

Таблица 1. Результаты экспериментов для образцов модельных песчаников с 10 % содержанием цемента
N образца	Амплитуда испытания, МПа	Количество циклов	Пористость начальная, %	Остаточные деформации, д.ед.	Уменьшение пористости за циклы, %	Номер амплитудной группы
13	13-18	6	42,0	0,002	0,2	III
20	4-20	8(3+5)	39,2	0,008	1,2	II
24	5-19,5	16	38,4	0,003	0,3	I
33	10-21	6	39,0	0,008	1,2	I
36	9-22	10	41,4	0,010	1,5	I
38	8-20	3	39,6	0,002	0,3	I
41	10-21	4	39,2	0,003	0,4	I
42	10-21	10	35,5	0,006	0,8	I
74	5-22	14	39,2	0,015	2,0	II
81	5-22	14	37,3	0,023	1,5	II

Рис. 2. Зависимость объемных деформаций от количества циклов изменения порового давления для песчаников с 10% цемента в составе

Анализ кривых на рис. 2 показал, что в зависимости от амплитуды изменения порового давления испытанные образцы можно объединить в три группы: I - циклы порового давления от 10 до 22 МПа (амплитуда 12 МПа) - образцы 24, 33, 36, 38, 41, 42; II - от 5 до 22 МПа (амплитуда 17 МПа) - образцы 20, 74, 81 и III - от 13 до 18 МПа (разность поровых давлений 5 МПа) - образец 13. Дальнейший анализ экспериментов проводился на основании этого разделения.

К первой группе (I) по изменению амплитуды порового давления (12 МПа) относятся образцы, деформационное поведение которых характеризуется тем, что в опытах наступает стабилизация роста объемных деформаций. Вторая группа образцов (II) с максимальной амплитудой изменения порового давления (17 МПа) характеризуется тем, что в ходе эксперимента (до 14 цикла включительно) стабилизация скорости деформирования не наступает. К третьей группе (III) относятся эксперименты с минимальной амплитудой (5 МПа): момент стабилизации скорости увеличения объемных деформаций для данной группы наступает быстрее всего - уже со второго цикла.

Аналогичные зависимости получены и для образцов с 20 % содержанием цемента (табл. 2 и рис. 3).

Таблица 2. Результаты экспериментов для образцов модельных песчаников с 20 % содержанием цемента
N образца	Амплитуда испытания, МПа	Количество циклов	Пористость начальная, %	Остаточные деформации, д.ед.	Уменьшение пористости за циклы, %	Номер амплитудной группы
91	12	11,0	38,4	0,0140	2,00	I
93	17	10,0	28,5	0,0080	0,03	II
94	12	13,5	28,0	0,0075	0,10	I
99	12	14,5	39,3	0,0070	0,50	I
92	17	10,0	28,4	0,0040	0,60	II
97	17	9,5	37,6	0,0110	1,70	II
101	12	11,0	32,1	0,0010	0,20	I

Рис. 3. Зависимость объемных деформаций от количества циклов изменения порового давления для песчаников с 20% цемента в составе

В главе приводятся результаты экспериментов, выполненных на модельных песчаниках с 10 и 20 % цемента в составе.

Проведенные исследования показали, что при циклическом изменении порового давления с амплитудой от 5 до 17 МПа в условиях гидростатического сжатия (25 МПа), возникают необратимые остаточные деформации, величины которых могут достигать 0,023 д. ед. для образцов с 10 % цемента в составе и 0,014 д. ед. для 20 % цементных разностей.

Рост объемных деформаций зависит от амплитуды изменения порового давления. Для каждой амплитудной группы прослеживается определенная зависимость стабилизации роста объемных деформаций с увеличением количества циклов изменения порового давления. Затухание процесса деформирования наступает быстрее при малых значениях амплитуды изменения давления флюида (до 12 МПа).

Закономерности деформируемости для образцов с 10 и 20 % цемента в составе идентичны, вместе с тем, более прочные 20 % образцы имеют меньшие величины остаточных деформаций и уменьшения пористостей.